JPH0381323B2 - - Google Patents

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JPH0381323B2
JPH0381323B2 JP57004730A JP473082A JPH0381323B2 JP H0381323 B2 JPH0381323 B2 JP H0381323B2 JP 57004730 A JP57004730 A JP 57004730A JP 473082 A JP473082 A JP 473082A JP H0381323 B2 JPH0381323 B2 JP H0381323B2
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JP
Japan
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amplifier circuit
circuit
inverting amplifier
mosfet
input
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JP57004730A
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JPS58121809A (ja
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Eiji Masuda
Kenji Matsuo
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
    • H03K5/2472Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using field effect transistors
    • H03K5/249Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using field effect transistors using clock signals

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明はいわゆるチヨツパ形あるいはオート
ゼロサンプルドデータ形と呼ばれる電圧比較回路
に用いられる増幅回路の改良に関する。
発明の技術的背景とその問題点 集積化されたアナログ−デイジタル変換回路等
のアナログICの発展に伴ない、これらICに内蔵
される電圧比較回路としても高性能のものが要求
される。そしてこの電圧比較回路に特に要求され
る特性として、高速応答性、オフセツトレスおよ
び高分解能の3つがあり、これらの特性は相互に
関連している。
第1図はMOSFETを用いて構成された、チヨ
ツパ形あるいはオートゼロサンプルドデータ形と
呼ばれる従来の電圧比較回路の構成を示す回路図
である。この回路は2つのアナログ電圧V1,V2
を比較するものである。クロツク信号1をゲー
ト入力とするnチヤネルのMOSFETQ1を介して
一方の電圧V1が容量C1の一端に与えられ、また
クロツク信号2をゲート入力とするもう1つの
nチヤネルのMOSFETQ2を介して他方の電圧V2
が同じ容量C1の一端に与えられる。上記容量C1
の他端はMOSFETによつて構成された反転増幅
回路Aの入力端に接続され、さらにこの反転増幅
回路Aの入出力端間はクロツク信号3をゲート
入力とするnチヤネルのMOSFETQ3によつて短
絡される。上記反転増幅回路Aの入出力端間には
寄生容量CGOが等価的に接続され、また
MOSFETQ3のゲートGとドレインDとの間およ
びゲートGとソースSとの間にも寄生容量CGD
CGSそれぞれが等価的に接続される。
上記構成でなる電圧比較回路を応用した例とし
ては、たとえば「“A Monolithic Charge−
Balancing Successive Approximation A/D
Techinique ”Thomas P.Redfern他、IEEE
J.Solid−State Circuit ,Vol.SC−14,912〜
920頁、Dec.1979」に開示されている。
上記第1図の回路は、基本的には、動作点設定
期間と比較期間からなる1つの比較動作期に、2
つのアナログ電圧V1,V2の比較を1回行なう。
上記動作点設定期間では、まず最初に、
MOSFETQ3のゲートに入力されるクロツク信号
3が高いレベルとなり、このMOSFETQ3がオン
して反転増幅回路Aの入出力端が短絡され、反転
増幅回路Aの入力端すなわちMOSFETQ3のドレ
インDと容量C1の一端との接続点a点の電位Va
が反転増幅回路Aの反転しきい値電圧VOに設定
されるとともに、MOSFETQ1のゲートに入力さ
れるクロツク信号1が高レベルとなり、
MOSFETQ1がオンして容量C1の一端に一方のア
ナログ電圧V2が印加される。
一方、比較期間では、オンしている上記2つの
MOSFETQ3,Q1が共にオフし、今度は
MOSFETQ2のゲートに入力されるクロツク信号
2が高レベルとなり、このMOSFETQ2がオンし
て、容量の一端に今度は他方のアナログ電圧V2
が印加される。
このような一連の動作により、まず最初の動作
点設定期間ではVaがVOに設定され、次の比較期
間ではVOがVO+(V2−V1)に変化し、変化後の
a点の電位VO+(V2−V1)が反転増幅回路Aで
増幅されることにより2つのアナログ電圧V1
V2が比較され、その大小関係に応じて反転増幅
回路Aの出力レベルVO1が決定される。
第2図は上記従来回路の動作の一例を示すタイ
ミングチヤートである。図に示すように動作点設
定期間ではa点の電位Vaが振動する。この振動
現象はクロツクパルス3によるリツプル成分が、
容量CGD,CGSを介してVa,VO1に伝えられるいわ
ゆるフイードスルー効果に起因している。この結
果、比較期間の初期にVaには、VOに対するオフ
セツトVOSが生じ、この比較期間に大きな影響を
与える。そして第2図中、第1の比較動作期にお
けるV2−V1の値が+10mVであり、その次の第
2の比較動作期におけるV2−V1の値が−3mVで
あるとすると、V2−V1の絶対値が前の比較動作
期よりも小さくなり、しかも極性が反転した後の
第2の比較動作期の方がその影響はより大きなも
のとなる、すなわち、反転増幅回路Aの出力レベ
ルVO1が高レベルあるいは低レベルに収束する期
間が長くなつてしまう。第2図中、実線で示す反
転増幅回路Aの実際の出力VO1の電圧波形は、破
線で示すVO1の理想電圧波形とは大幅に異なつて
しまう。このために従来ではVaの電位の収束を
速めVOに対するオフセツトVOSを小さくするため
に、前記MOSFETQ3の素子寸法を大きくするこ
とによつてこのFETQ3のオン抵抗値を下げたり、
反転増幅回路Aを構成するMOSFETの素子寸法
を大きくして反転増幅回路Aのゲインを高めたり
する方法が採用されている。ところが、
MOSFETQ3の素子寸法を大きくすることによ
り、前記寄生容量CGD,GGSの値がそれぞれ大きく
なり、また反転増幅回路Aを構成するMOSFET
の素子寸法を大きくすることにより前記寄生容量
CGOの値も大きくなり、これらの現象によつてVa
の収束をかえつて妨げる結果となつている。すな
わち、この現象がVaの収束に及ぼす影響につい
て順を追つて説明すれば次のようになる。
クロツク信号3が低レベルから高レベルに
変化する(MOSFETQ3)がオン。) 寄生容量CGD,CGSを介してクロツク信号3
立上り変化分がフイードスルー効果によつて
Va,VO1に乗る。
Vaに乗つた高レベルのリツプル成分で反転
増幅回路Aが作動し、VO1は急激に低レベルに
達する。
反転増幅回路Aの入出力端間の寄生容量CGO
を介して、フイードスルー効果によつてVO1
低レベルのリツプル成分が反転増幅回路Aの入
力端電位Vaに乗る。
以下、VaがVOに収束するまでとの状態
が繰り返される。
このように従来では、動作点設定期間にVa
VOに収束させるためには非常に長い期間が必要
になり、高速応答特性を得ることが困難であると
いう欠点がある。一方、動作点設定期間を一定に
設計した場合は、反転増幅回路Aの入力端電圧
Vaが十分にVOに収束していない状態で比較が行
なわれるから、この結果、比較分解能を高くする
ことができないという欠点がある。
発明の目的 したがつて、この発明は、高速応答特性を持ち
しかも比較分解能も十分に高い電圧比較回路を構
成することができる増幅回路を提供することにあ
る。
発明の概要 この発明に係る増幅回路は、反転増幅回路の入
出力端間に、この入出力端間を短絡することによ
つて反転増幅回路の動作点を設定するスイツチ手
段としてのMOSFETを挿入し、反転増幅回路お
よび上記MOSFETからなる閉ループ内にローパ
スフイルタ回路を挿入するようにしたものであ
り、上記ローパスフイルタ回路を挿入することに
よつて、上記MOSFETのゲート・ドレイン間、
ゲート・ソース間および反転増幅回路の入出力端
間にそれぞれ存在する寄生容量を介しての電圧の
フイードスルー効果を押さえ、これによつて反転
増幅回路の入力および出力端電位の振動を抑制し
て収束を早めるようにしたものである。
発明の実施例 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。第3図はこの発明に係る増幅回路を従来と
同様に電圧比較回路に実施した場合の回路図であ
り、この回路が第1図に示す従来回路と異なる点
は、前記a点と反転増幅回路Aの入力端との間に
ローパスフイルタ回路FINが挿入され、さらにこ
の反転増幅回路Aの出力端とMOSFETQ3のソー
スSとの間にもう1つのローパスフイルタ回路
FOUTが挿入されていることにある。そして上記両
ローパスフイルタ回路FIN,FOUTでの除去成分信
号の周波数は、前記電位Vaにおける振動周波数
以上に設定され、その時定数は通常数nS.〜
100nS.程度の値となる。
上記構成でなる回路では、前述したVaの収束
に及ぼす前記各寄生容量CGD,CGS,CGOの影響の
説明において、〜の状態の推移の途中でフイ
ードスルー効果によつて伝達される電圧リツプル
成分が、2つのローパスフイルタ回路FIN,FOUT
によつて除去または軽減され、この結果、反転増
幅回路Aの入力端電位Vaおよび出力端電位VO1
振動が抑制される。
第4図は上記実施例回路において、Vaの振動
が抑制される状態を示したタイミングチヤートで
ある。第4図から明らかなように上記ローパスフ
イルタ回路FIN,FOUTを設けたことによつて、Va
を速やかに反転増幅回路Aの動作点VOに収束す
ることができるから、動作点設定期間を短かくす
ることができ、この結果、高速応答特性を得るこ
とができる。
また、一定の時間に動作点設定期間を限つて設
計した場合、Vaは速やかにVOに収束させること
ができるため、Vaに生じるオフセツトVOSは極め
て小さくできる。またVaの振動現象もほとんど
ないから、連続した比較動作の場合にも安定した
比較動作を実行することができ、結果的に十分に
高い分解能を得ることができる。
第5図a及びbは上記実施例回路に設けられる
ローパスフイルタ回路FINまたはFOUTの等価回路
図である。図示するようにこのローパスフイルタ
回路FIN,FOUTは、抵抗成分Rと容量成分Cとか
らなるCRフイルタ回路であり、その具体的な断
面構成は第6図aないしcに示す通りである。
第6図aに示すものは、一方導電型の半導体基
体11の一部表面領域に他方導電型の拡散領域1
2を形成し、この拡散領域12における抵抗成分
を上記Rとして用いるとともに、拡散領域12と
基体11との間の寄生接合容量および基体11上
に絶縁膜を介して設けられる導電体層13と拡散
領域12との間の寄生容量等を上記Cとして用い
るようにしたものである。
第6図bに示すものは、一方導電型の半導体基
体11の一部表面領域に他方導電型の拡散領域1
2を形成し、この拡散領域12における抵抗成分
を上記Rとして用いるとともに、拡散領域12と
基体11との間の寄生接合容量を上記Cとして用
いるようにしたものである。
第6図cに示すものは、一方導電型の半導体基
体11の表面領域にソース,ドレインとなる一対
の他方導電型の拡散領域14A,14Bを形成す
るとともに基体11の表面にゲート電極15を形
成してMOSFETを構成し、このゲート15にバ
イアス電圧VBを印加して一対の拡散領域14
A,14B間に反転層を形成して、この反転層に
おける抵抗成分を上記Rとして用いるとともに、
拡散領域14A,14Bそれぞれと基体11との
間の寄生接合容量を上記Cとして用いるようにし
たものである。このように実際に半導体基体上に
上記フイルタ回路を構成する場合には、各種の寄
生容量が実質的に付随しているので、抵抗素子の
み形成すればよいことが多い。
また、この抵抗素子は拡散領域として形成する
代りに、たとえば半導体基体上に絶縁層を介して
ポリシリコン層の如きものを設置して形成しても
よい。
なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、たとえば上記実施例では、a点と反転
増幅回路Aの入力端との間にローパスフイルタ回
路FINを挿入しさらに反転増幅回路Aの出力端と
MOSFETQ3のソースSとの間にもう1つのロー
パスフイルタ回路FOUTを挿入して、反転増幅回路
AとMOSFETQ3からなる閉ループ内の反転増幅
回路Aの入力端側および出力端側それぞれにロー
パスフイルタ回路を挿入する場合について説明し
たが、これは反転増幅回路Aの入力端側もしくは
出力端側のいずれか一方だけ設けても十分な効果
を得ることができる。なぜならば、この発明の主
旨は、反転増幅回路Aの入出力端間の寄生容量
CGOと反転増幅回路Aの増幅作用との共同効果に
よる非線型振動の減衰波形をよりなめらかにする
ために、振動周波数相当の電圧リツプル成分を除
去することであるから、どちらか一方のローパス
フイルタ回路のみを設けることでも同様の効果を
得ることができる。
また、上記実施例では反転増幅回路Aの入出力
端間を短絡する手段としてnチヤネルの
MOSFETQ3を用いたが、このMOSFETQ3の代
りにpチヤネルのMOSFETあるいはバイポーラ
トランジスタ等を用いてもよい。
発明の効果 以上説明したようにこの発明によれば、高速応
答特性を持ちしかも比較分解能も十分に高い電圧
比較回路を構成することができる増幅回路を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電圧比較回路の回路図、第2図
はその動作の一例を示すタイミングチヤート、第
3図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、
第4図はその動作の一例を示すタイミングチヤー
ト、第5図a,bは上記実施例回路で用いられる
ローパスフイルタ回路の等価回路図、第6図aな
いしcは同ローパスフイルタ回路を具体的に示す
断面図。 Q1〜Q3……nチヤネルのMOSFET、C1……容
量、A……反転増幅回路、CGD,CGS,CGO……寄
生容量、FIN,FOUT……ローパスフイルタ回路、
R……抵抗成分、C……容量成分、11……半導
体基体、12,14……拡散領域、13……導電
体層、15……ゲート電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 MOSFETによつて構成された反転増幅回路
    と、 ソース・ドレイン間の電流通路が上記反転増幅
    回路の入出力間に挿入され、上記反転増幅回路の
    入出力を短絡することによりこの反転増幅回路の
    動作点を設定するスイツチ用MOSFETと、 上記反転増幅回路の入力側と上記スイツチ用
    MOSFETのソース・ドレイン間の電流通路の一
    端との間及び上記反転増幅回路の出力側と上記ス
    イツチ用MOSFETのソース・ドレイン間の電流
    通路の他端との間のいずれか一方もしくは両方に
    設けられ、上記スイツチ用MOSFETのゲート・
    ドレイン間及びゲート・ソース間に存在する寄生
    容量を介してのゲート駆動信号のフイードスルー
    効果により上記反転増幅回路の入出力間に発生す
    る電位振動を抑制するローパスフイルタ回路と を具備したことを特徴とするチヨツパ形あるいは
    オートゼロサンプルドデータ形電圧比較回路に用
    いられる増幅回路。 2 前記ローパスフイルタ回路が抵抗成分と容量
    成分とからなるCRフイルタ回路である特許請求
    の範囲第1項に記載の増幅回路。 3 前記容量成分が寄生容量で構成されている特
    許請求の範囲第2項に記載の増幅回路。 4 前記CRフイルタ回路が半導体基体内に抵抗
    素子を形成することにより構成される特許請求の
    範囲第2項に記載の増幅回路。 5 前記CRフイルタ回路が半導体基体内に
    MOSFETを形成することにより構成される特許
    請求の範囲第2項に記載の増幅回路。
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